燃燒調整對NOx排放和鍋爐效率影響的研究

程瑞濤

摘 要：我國作為以煤為主要能源的發展中國家，鍋爐燃燒用煤中產生的大量NOx排放物，不僅危害人體健康，還對空氣質量與生態環境造成了污染。本文基于燃煤鍋爐NOx的生成機理，采取對300 MW機組鍋爐進行燃燒調整的實驗方法，將其對NOx排放濃度及鍋爐效率的影響做一觀測研究，通過鍋爐燃燒調整，達到提升鍋爐效率和降低NOx排放量的目的。

關鍵詞：燃燒調整；NOx；鍋爐效率

據統計，燃煤火力發電在我國發電總量中占到80%以上，而我國的NOx排放有50%以上來自于電站燃煤鍋爐。NOx（氮氧化物）作為大氣污染物之一，一旦進入大氣環境中，會引起酸雨、光化學煙霧等大氣污染，破壞大氣層中的臭氧層，影響人類身體健康。目前減少鍋爐燃煤NOx排放的主要技術為成本較高、脫硝效率的選擇性催化還原（SCR）和選擇性非催化還原（SNCR）技術，但最為經濟實用的還是通過燃燒調整來降低NOx排放濃度，減少脫硝成本。

1 NOx排放物的生成機理

NOx排放的生成機理比較復雜。NOx生成量與鍋爐的結構、容量、煤種、燃燒設備、爐內溫度水平、氧量及運行方式等因素有關。在燃煤燃燒過程中，NOx的生成機制可分為熱力型、燃料型、快速型3種類型，在燃料型及熱力型中NOx占主要成分，而在快速型中NOx生成量最少。控制NOx生成的方法有多種，目前對于廣大電廠來說，最為經濟有效的方法是通過調整燃燒過程中影響NOx的生成因素，實現減少NOx生成量，降低排放的目的。

2 鍋爐燃燒調整對NOx排放濃度影響的試驗

2.1 設備概況

本次實驗采用某電廠300 MW機組1025 t/h鍋爐為實驗對象進行實驗研究，分析調整鍋爐燃燒對NOx排放濃度和鍋爐效率的影響。鍋爐為DG1025/18.2-Ⅱ13型號的一次再熱自然循環汽包爐。燃煤來自滇東地區的煙煤，鍋爐采用的燃燒方式為四角切圓。

2.2 實驗方法

根據《電站鍋爐性能試驗規程》（GB 10184-1988）的相關操作規定進行燃燒調整試驗。實驗期間，確保機組的功率保持在300MW，在鍋爐燃燒狀態穩定后大約2h后，在鍋爐空頸器出口處對飛灰進行取樣，并對溫度進行持續2h的測量，同時在撈渣口取大渣樣，煤機出口處取原煤樣。鍋爐的效率使用平衡法進行計算，NOx的濃度將換算為（O2）=6%水平下的濃度。

2.3 實驗內容

由于影響NOx排放的因素主要為配風方式、爐膛氧量及鍋爐負荷變化等，因此，實驗將采用單一因素輪換法（改變某一工況參數實驗時，其他的參數保持不變）。同樣，實驗要在300 MW的條件下進行。實驗之時，鍋爐負荷、給水溫度及蒸汽參數要保持不變。

3 實驗結果分析

3.1 配風方式對NOx排放及鍋爐效率的影響

在保持爐膛氧量、鍋爐負荷不變的前提下，配風方式沿著正搭——束腰——均等——倒搭工況的變化趨勢進行。其中，NOx在正搭配風方式下排量最高；在均等配風式和束腰配風方式下的NOx排量接近，這兩種配風方式下的NOx生成量都低于正搭配風方式；而倒搭配風方式下的NOx排量最低，較正搭配配風方式下的NOx排量少134～154mg/Nm3。因為在倒搭配風形式下，下組燃燒器處于貧氧燃燒狀態，送風量較小，燃燒速度和燃燒溫度降低，在α<1的富燃料燃燒條件下，生成了還原性的氣體，促使已生成的NOx發生還原反應，從而使NOx排量有效減少。同時，上層燃燒器由于燃燒溫度較高，送風量大，殘留的氮會氧化成NOx，導致NOx增加，但鑒于生成有限，所以在空氣分級條件下總的NOx生成量呈下降趨勢。倒搭型配風可能會造成汽溫產生一定的變化，可以采取擺動燃燒器擺角等方法來加以調節，由于鍋爐排煙熱損失和未完全燃燒損失基本沒變，因此鍋爐效率基本無變化。

3.2 氧量對NOx排放及鍋爐效率的影響

實驗中同樣保持300MW負荷水平不變，限定其他兩種工況參數不變，保持上三次風70%比例，燃盡風噴口擋板保持60%開度，上、中、下三層燃燒器二次風擋板開度分別保持在80%，80%和100%的開度，隨著氧量的增大，NOx排放濃度增加。當氧量從3.2%增加至3.9%時，NOx排放量增加了1.86%；當氧量再由3.9%增加至5.0%時，NOx排放量相對于工況1增加了19.92%。而在工況2中，氧量為3.2%～3.9%，NOx排放量為753～767mg/m3，鍋爐效率最高。

3.3 鍋爐負荷變化對NOx排放的影響

鍋爐負荷變化即氧濃度和爐膛溫度等因素的變化對NOx排放也有影響。大多數情況下，膛內含氧量對NOx排放的影響大于爐膛溫度對NOx排放的影響。實驗中，在含氧量變化不大的情況下，通過改變機組的負荷，從300MW下降到220MW，爐膛溫度同時也在下降，兩者都降低的情況下，NOx濃度也隨之降低。當鍋爐負荷從300MW下降到280MW時，負荷下降26.7%，NOx濃度下降9%，這是因為隨著鍋爐負荷的下降，內部的熱負荷水平也跟著下降，鍋爐內的燃燒溫度降低，熱力型的NOx排放量減少；同時因為負荷轉變中的空氣變化不大，從而過量空氣系數變化不大，鍋爐內的燃料型NOx生成增多。兩者結合使得在負荷水平變化不大的情況下，NOx濃度變化并不明顯。這也是鍋爐負荷由300MW下降為280MW時，NOx濃度稍微增高，但在負荷由300MW降到220MW最低水平時，NOx濃度就明顯下降的原因。

4 結論

根據本文的實驗結果可知，當鍋爐功率為300MW進，綜合來看，通過改變配風方式、適當降低鍋爐內氧量、選擇適當的鍋爐負荷水平可以有效降低NOx排量，提高鍋爐效率。

參考文獻

[1]肖海平，張千，王磊，等.燃燒調整對NOx排放及鍋爐效率的影響[J].中國電機工程學報，2011，（3）：4-7.

[2]陳紅，邱亞林，李明亮，等.300MW機組鍋爐燃燒調整對NOx濃度的影響[J].云南電力技術，2011，（10）：8-11.

（作者單位：山西大唐國際臨汾熱電有限責任公司）